Selvom det kan virke som magi eller science fiction, er fiberoptisk teknologi meget videnskabelig og har eksisteret i over et halvt århundrede. Men hvordan virker det? Hvordan bliver glas til fiberoptik? Hvordan kan lys transmittere gennem et kabel og nå sin destination? (Tip: Det er ikke nissestøv og elvere.)
I 1970 faldt ingeniørerne ved Corning Incorporations forskningslaboratorium i Corning, NY over en formel til fremstilling af glasstrenge, der kunne transmittere lysimpulser indeholdende data, som derefter kunne læses af computere. Indtil da kunne data kun rejse over kobbertråde. Med udgangspunkt i denne opdagelse testede de fiberdatatransmission over længere afstande, alt sammen med minimalt signaltab. Denne nye "low loss" fiber, som den blev kendt, startede den data- og telekommunikationsteknologiske revolution, der fortsætter over et halvt århundrede senere. Men hvordan er denne glasfiber lavet?
De 3 C'er af fiber
For at forstå, hvorfor fiber er lavet, som det er lavet, er det vigtigt først at forstå, hvordan lys bevæger sig. Lysbølger bevæger sig i en lige linje, indtil de rammer et objekt, der reflekterer, bryder eller absorberer dem. Fiberoptik er designet til at minimereafspejlingmens du maksimererbrydningog eliminereabsorption. Udfordringen med fiberoptik var at holde lyssignalet inde i fiberen hele vejen fra start til slut. Dette behov for at holde signalet inde i fiberen dikterede materialerne og processen, hvorved flydende glas bliver et brugbart fiberoptisk kabel.
Der er tre hovedkomponenter i hver tråd af fiberoptik:kerne, beklædning,ogbelægning.
Fiberoptiske tråde består af disse lag, der hver tjener en anden funktion ved at transmittere data via lys.
I modsætning til hvad folk tror, erkerne, hvor lyset rejser, er ikke hult. I stedet er det solidt, ultrarent silicaglas - så rent dets forureningsniveauer måles i dele pr. milliard. Dette renhedsniveau er afgørende for, at lyssignalet kan bevæge sig ned ad fiberstrengen uden at forringe lyskvaliteten, hvilket ville forringe dataene. Hver gang lys rammer en genstand, mister den en smule styrke. Nøglen til succes i fiberoptisk signaltransmission er at minimere dette tab ved at bruge ultraklart glas. Jo klarere glasset er, jo bedre lyssignal fra ende til anden.
Et andet, mindre rent lag glas kaldetbeklædningomgiver hele længden af fiberkernen. Dette lag fungerer som en reflektor for at holde lyset inde i kernen, når det rejser til sin destination. Uden beklædningen ville lyset slippe ud af kernen og gå tabt. Med beklædningen rejser lyset imidlertid til sin destination med minimalt signaltab, hvilket bevarer integriteten af dataene fra start til slut.
Beklædningen forhindrer lyset i at slippe ud af kernen.
Den tredje og sidste komponent er den tynde gummibelægningder beskytter fiberen mod ridser og gør det nemmere for installatører og teknikere at organisere fibrene. Normalt er belægningen farvekodet for at gøre tilslutning og installation lettere.
Lad os se på den trinvise proces, der starter med råkemikalier og forvandler dem til den færdige fiber.
Nedlægning og konsolidering
Fremstilling af fiber starter med at hænge en keramisk lokkemadstang designet til at tiltrække siliciumdioxid, en meget ren form for silica, inde i en ultra-ren, klimakontrolleret beholder. Siliciumdioxidet klæber sig til den keramiske stang og danner en tyk cylinder af glas kaldet en præform. Konsolideringsprocessen fjerner derefter eventuel fugt fra den nyskabte præform i en højtemperaturovn og omdanner den ru siliciumdioxid til et glat, ikke-porøst glas, før enderne sintres/smeltes for at forme det og gøre det klar til næste skridt. Denne proces resulterer i det optiske fiberemne, der bliver til strengen i det tredje trin.
Draw er hvor det varme glas bliver tyndt nok til at gøre det til fiberoptisk kerne og beklædning.
Tegne
Det sidste trin i at skabe glasdelen af det fiberoptiske kabel er trækningen, som starter med, at det nydannede emne hænger lodret inde i en ultravarm ovn og opvarmer glasset til smeltepunktet. Spidsen af emnet varmes op, blødgøres og begynder langsomt at falde og danner en meget tynd glasstreng på vej ned, så tynd den måles i mikron. Denne streng bliver kernen og beklædningen. Afhængigt af størrelsen kan hvert emne producere op til 5 kilometer fiber.
Belægning
Efter at glasfiberen er afkølet, rulles den op på store spoler og sendes til en efterbehandlingsfabrik, hvor den afspoles og sendes gennem en maskine, der påfører et tyndt lag gummi på ydersiden af strengen. Belægning af strengen øger ikke den samlede styrke væsentligt. Glasset er stærkt nok i sig selv. I stedet forhindrer belægningen fiberen i at blive ridset og gør det nemmere for installatører at håndtere og finde, hvor fibre forbinder, på samme måde som kobbertråde er farvekodede for nem organisering.
Kabelføring
Lige så hårde som fiberoptiske tråde er, beskytter vi dem stadig med rustning som et ekstra lag af beskyttelse mod vejr og andre forhold.
Selvom individuelle fiberoptiske tråde kan bære en stor mængde data af sig selv, er fiberoptik typisk bundtet i kabler for at lette installationen og for at beskytte dem mod elementerne. Ofte er de individuelle fibre bundet til 12--, 24--, 48--, 72-- og 96-strengfarvede bånd, der derefter anbringes i et beskyttende gummi eller metal kanal til indsættelse i et kvarter.
Når de når hjemmet eller virksomheden, adskilles fibrene igen i individuelle tråde for at betjene kunderne. Dette giver mange kunder mulighed for at få service fra et enkelt kabelbundt i jorden, uden at nogen af dem deler båndbredde med deres naboer, fordi hver husstand får sin egen dedikerede fiber.
Bortset fra skader fra en ekstern kilde, bør fiberoptisk kabel holde i generationer af internetbrugere med praktisk talt ubegrænset båndbredde og hastighed.